【解決困擾】相機、手機拍攝水波紋現象 , 都是日光燈頻率在搞鬼！
在餐廳拿出手機想幫美美的食物拍照 ，為什麼相機影像看起來會有閃爍的水波紋？可能你沒想到這是因為主光源日光燈的影響。隨著中國製手機大舉入侵台灣，若沒將防閃爍功能改為自動或是符合台灣環境的60Hz，你拍出來的照片可能就會附加「柵欄」特效。到底是什麼原因，又是什麼原理造成的，看下去就知道。
頻率不一致造成水波紋
室內拍攝時會造成水波紋，主要的原因是日光燈的閃爍頻率所致。一般常見的T9日光燈管是種氣體電燈，燈管內有低壓氬氣或氬氖混合氣體及水銀蒸氣，燈管的光線與色溫會隨著交流電的頻率（60Hz）變化，也就造成閃爍的現象。但因為閃爍的頻率很高，因此肉眼難以辨識，會覺得燈管放出的是連續光。但對於電子儀器來說，日光燈的閃爍頻率並不算高。因此造成手機、相機在拍攝上的波紋現象，關鍵就在於光源、快門、感光元件的頻率不一所致。
最近這個問題一再被人提起，主因是中國手機大量進入台灣市場，部分手機出廠預設的更新頻率為50Hz，50Hz是中國的交流電（日光燈）頻率，到了台灣碰到頻率為60Hz自然會出問題。至於有個很類似的現象叫做摩爾紋，則是不同的情況。
▲日光燈是由不連續光所構成，以暗->亮->暗->亮的規律循環。若使用相機連拍，就能看出這種光線變化的規律，這也是造成水波紋的關鍵原因。
LED也有頻閃現象
傳統日光燈是非連續光波，會隨著交流電的頻率一暗一亮閃爍，假使室內環境使用的是連續光源，像是在鎢絲燈下拍攝，就不會發生頻閃的現象。不只是日光燈管，即便是LED也會發生類似的問題。你說LED是吃直流電，為什麼會有交流電才會發生的頻閃現象呢？的確，家用的LED燈的確是將市電的交流電轉為直流電，再將直流電讓LED運作，但其中交流轉直流的設計就相當重要。但LED價格越來越差，廠商為了節省成本，將部分元件省略，可能會導致LED的表現變差。這類LED頻閃的現象，即為業者所謂的LED Flickr。
感光元件、快門速度、環境光源
回到拍攝來說，當相機或手機的感光元件、快門速度與日光燈的頻率不同，就會拍攝到柵欄狀的波紋。這問題分成2個影響關鍵，分別是感光元件的頻率與快門速度。要解決相機拍攝時的問題，就得從感光元件、快門速度與環境光源對症下藥。接著我們先分別各自發生的主因，再來探討問題的解決方法。
值得一提的是，從相機螢幕看得到水波紋，但不代表一定會反應在拍出來的相片上。因為當感光元件的頻率不正確，就可能讓螢幕顯示出柵欄狀的波紋。但相機快門若調整得當，就可能會讓拍出來的相片變的正常。感光元件與快門之間的頻率（快門速度），並非絕對的對應關係，導致所見非所得。雖理論上Live View應該做到所見即所得，但實務有困難不見得能達到理論效果。
▲當相機設定錯誤，日光燈下拍攝經常會出現圖中橫向的水波紋。
▲經過調整後，能大幅減少水波紋造成的影響。除了日光燈頻率外，感光元件的架構也是造成波紋的原因之一。
滾動快門造成柵欄波紋
目前手機感光元件大多使用CMOS，單眼也逐漸走向CMOS發展。CMOS與CCD感光元件的特性不同，導致對於日光燈的反應不同。手機使用的低價CMOS感應器，快門不少都是Electronic Rolling Shutter也就是電子滾動快門。CMOS感光的時候是從第一行、第二行、第三行的順序持續感測，直到「滾」完整片感光元件。對於人類來說，CMOS的感光方式看似一瞬間完成，但實際上仍是有些微的時間落差。
由Rolling Shutter架構CMOS拍攝完的照片，並非整張照片都是同個時間點完成曝光，而是第一行先掃、第二行再掃，直到整幅影像掃完，相片嚴格來說就像是地球時區一樣畫分，並且攤平在平面上，等於是將time domain展開在space domain上。
至於CCD則很多是用Frame Transfer架構（即為Global Shutter的效果），整片感光元件都是同時開始曝光，同時結束曝光。也因為這樣的特性，就不會有一行行的水波紋效果。因此就算是拿CCD拍不連續光源，也拍不出CMOS底下獨有的水波紋。
CMOS與CCD是否會拍出水波紋的關鍵，並非在於感光元件種類，而是在於感光元件的架構。採用Rolling Shutter必然會出現水波現象，用Global Shutter則怎樣也不可能拍出來這樣的效果。
▲感光元件使用Rolling Shutter就會產生圖中的情況，因為曝光的時間點不同，有些在日光燈亮點曝光，有些在日光燈暗點曝光。按照時間軸排列下來，就會形成一行行的波紋。
快門同樣影響拍攝效果
相機上的水波紋是受到感光元件曝光架構的影響，那跟快門是否有關係？答案是有的。假定日光燈閃爍頻率是60Hz，那麼當快門太快時，像是1/100就容易捕捉到水波紋現象。（前提是感光元件用Rolling Shutter架構）反之，若快門速度放慢如1/10，此時就拍不出這樣的現象。因為快門速度太慢，捕捉不到反應速度更快的日光燈閃爍頻率。總結來說，造成手機或相機拍出水波紋的原因，在於不連續光源的頻率與感光元件曝光架構所致，兩者交互影響之下，才產生一條條的波紋，而快門速度則會影響是否將這現象拍攝出來。
避免拍出波紋的4種方法
知道波紋的發生原因，那麼該如何避免應該是更重要的問題。簡單來說，雖然現在手機都用容易發生問題的Rolling Shutter架構CMOS，但相機App內大多會有「防閃爍」的選項，將頻率調整至自動或是正確的數值（台灣是60Hz）就能避免這問題。如果內建相機App看不到這選項，大多是已經內建自動調整，不需刻意手動調整，會拍出水波紋大多是選錯或是系統預設錯誤的頻率所致。
拍攝時可以放慢快門速度，像是從1/60改為1/30，可以減緩水波紋發生的狀況，但若手機沒有手動快門功能，那就試著減少ISO值讓快門速度強制變慢。除此之外，更有效率的改善方式就是改變環境光源，像是用更強的連續光當主光源，避免日光燈的閃爍頻率影響到感光元件。有些商業攝影會準備專用的燈管更換掉，也是避免拍攝受到影響的方式。如果上述3點都沒辦法改變，那就換台用CCD感光元件的相機吧
！
▲現在手機大多有防閃爍功能，但部分預設50Hz的手機就會造成波紋現象。
防治方法簡單，原理解說挺複雜
相機水波紋的問題已經被問了好幾年，最近幾個月受到小米等手機的影響，又被人一再提出。也有不少消費者以為自己買到瑕疵的手機，但只要是這類感光元件，就難免發生這個問題，並非產品設計的瑕疵。這現象說來簡單，一句話：日光燈頻率的影響，就能解釋所有問題。但很少從頭到尾的解釋這個現象，總讓人看了一知半解。防治的方法很簡單，但原理說起來就是一大篇，希望這篇報導能讓大家對於感光元件與水波紋的現象有所了解。下次別人問你，可以不用只回那一句：都是日光燈的錯。
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